本發(fā)明涉及一種利用選擇性氧化劑進行苧麻氧化脫膠的方法，屬于紡織領(lǐng)域的天然纖維制備與選擇性氧化劑的應用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
纖維素是自然界中第一大豐富的再生自然資源，隨著全球?qū)Νh(huán)境污染和資源短缺問題的日益關(guān)注和重視，具有生物可降解性、環(huán)境協(xié)調(diào)性的天然高分子材料成為目前競相開發(fā)的熱點。在各種植物纖維中，苧麻是一種品質(zhì)非常優(yōu)異的麻類纖維，其纖維細長堅韌，同時具有抗菌抑菌、除臭吸附、吸濕透氣和防霉耐磨的特點，被世界譽為“中國草”。麻纖維主要成份包括纖維素、半纖維素、果膠、木質(zhì)素、脂蠟質(zhì)、水溶物和灰分等幾大類，其中纖維素為構(gòu)成麻纖維的主體物質(zhì)，其他物質(zhì)統(tǒng)稱為膠質(zhì)。
去除原麻中的非纖維類膠質(zhì)成分，留下纖維素，使纖維分離和獲得良好性能的過程稱為“脫膠”。麻纖維脫膠目前主要有生物脫膠和化學脫膠兩種，生物脫膠又分為微生物脫膠、細菌脫膠和生物酶脫膠三種。從實際應用的角度來講，這些脫膠方法都存在很大的缺陷和弊端。生物脫膠受到地理區(qū)域和氣候條件的限制，很難對脫膠過程進行有效的控制，導致脫膠時間長、產(chǎn)品制成率低、質(zhì)量不穩(wěn)定。傳統(tǒng)化學脫膠需要使用大量的化學藥品、脫膠流程長、能耗大、廢水排放量大、污染嚴重。
當今苧麻脫膠向短流程、高效、快速和連續(xù)化的方向發(fā)展。苧麻氧化脫膠是利用過氧化物或其他氧化劑，把苧麻纖維中的膠質(zhì)分子切斷，氧化降解成小分子，同時保留纖維素成分的脫膠方法。與傳統(tǒng)化學脫膠方法相比，氧化脫膠具有反應時間快、成本低、易操作、污染小、能耗少等優(yōu)點，是目前天然纖維制備及提取領(lǐng)域的研究熱點。但是，一般性氧化劑(如雙氧水、過碳酸鈉等)的氧化性比較強，在脫除膠質(zhì)的同時，能夠使纖維素各個碳原子上的羥基產(chǎn)生無規(guī)氧化，導致β消除反應發(fā)生，纖維的降解度和氧化度不能合理控制，纖維素大分子降解強烈，最終制得的精干麻纖維強度和伸長率等指標比較差。因此，如何選擇合適的氧化脫膠體系，使膠質(zhì)充分去除，同時保證精干麻纖維的機械性能是一個值得關(guān)注的焦點。
一些選擇性氧化劑可以降低或避免纖維素大分子鏈在氧化過程中的降解，能夠作為潛在的理想脫膠試劑。纖維素的選擇性氧化可以有C6位的伯羥基選擇性氧化和C1、C3位的仲羥基選擇性氧化。選擇性氧化，并不意味著只氧化某個位置的羥基，廣義涵義是氧化某個位置羥基的同時，抑制其他位置羥基的氧化，同時抑制纖維素大分子鏈的降解。篩選適用于苧麻氧化脫膠過程的選擇性氧化體系，探討新型脫膠工藝具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用選擇性氧化劑進行苧麻氧化脫膠的方法，通過選用合適的選擇性氧化劑，充分去除苧麻原麻中的膠質(zhì)成分，減少纖維素損傷和纖維素大分子降解，取得最優(yōu)的脫膠效果，提高精干麻纖維的物理機械性能。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種利用選擇性氧化劑進行苧麻氧化脫膠的方法，其特征在于：該方法由以下3個步驟組成：
步驟1：脫膠溶液配置及反應裝置搭建
將重量百分濃度為3％～9％選擇性氧化溶液、0.5％～6％表面活性劑、1％～4％纖維膨脹劑、0.5％～4％穩(wěn)定劑和蒸餾水配成脫膠溶液；在反應器中將苧麻原麻和脫膠溶液混合，調(diào)節(jié)脫膠溶液的初始pH值，將反應器放入恒溫水浴鍋中，攪拌反應器內(nèi)的混合物，調(diào)節(jié)水浴鍋的溫度使其升到設(shè)定溫度，同時保溫一定時間，利用選擇性氧化體系的氧化性充分去掉苧麻原麻中的膠質(zhì)；
步驟2：氧化脫膠反應條件調(diào)控
將酸度計的電極固定好插入到反應器的中間位置，不能觸及反應器底，隨著反應的進行，分別取不同的時間點，記錄脫膠液的pH值，并實時調(diào)控反應體系的pH值在4.0～12.0的范圍內(nèi)波動變化；
步驟3：精干麻纖維洗滌及纖維性能測試
將脫膠后的精干麻從反應體系中移出，用清水洗滌，再用油劑給油后軋干，干燥，開松并梳理，得到分散的精干麻纖維；然后對分散的精干麻纖維進行物理機械性能測試。
優(yōu)選地，所述步驟1中，選擇性氧化溶液包括溴酸鈉，氯酸鈉，亞氯酸鈉，四甲基哌啶氧化物-次氯酸鈉-溴化鈉三元復合氧化體系，硝酸-磷酸-亞硝酸鈉氧化體系，高碘酸鈉，高碘酸鉀，過碳酸鉀，氯酸鈉，溴酸鈉中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述步驟1中，表面活性劑包括三聚磷酸鈉，偏磷酸鈉，羥甲基纖維素，十二烷基硫酸鈉，硬脂酸鈉，十二烷基硫酸銨，聚山梨酯中的一種或兩種。
優(yōu)選地，所述步驟1中，纖維膨脹劑包括尿素，乙二胺，液氨，硫脲，4-甲基嗎啉-N-氧化物，銅乙二胺，二甲基亞砜中的一種或兩種。
優(yōu)選地，所述步驟1中，穩(wěn)定劑包括水玻璃，聚丙烯酰胺，聚丙烯酸鈉，硅酸鎂，乙酰苯胺，間苯二酚，檸檬酸鈉，苯甲酸鈉中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述步驟1中，苧麻原麻和脫膠溶液的質(zhì)量比為1∶5～1∶20。
優(yōu)選地，所述步驟1中，攪拌反應器內(nèi)的混合物使用磁力攪拌器，磁力攪拌器的攪拌速度為100～300rpm；水浴鍋的升溫速度為1～5℃/min，水浴鍋升溫時間為30～60min，設(shè)定溫度為50～100℃，保溫時間為40～120min。
優(yōu)選地，所述步驟2中，調(diào)節(jié)脫膠液pH值所用的溶液為0.1mol/L的NaOH溶液或0.1mol/L的HCl溶液。
優(yōu)選地，所述步驟3中，清水洗滌后的精干麻用質(zhì)量濃度為1.5％的油劑給油2h后軋干，放入100℃的烘箱中干燥4h，用絹紡開松機開松并梳理，得到分散的精干麻纖維。
優(yōu)選地，所述步驟3中，物理機械性能測試包括殘膠率、聚合度、強度及斷裂伸長率測試。
氧化脫膠后精干麻纖維的強度和斷裂伸長率等性能的損傷，很大程度上是由于脫膠過程中，纖維素大分子鏈的解聚，即纖維素大分子的聚合度下降造成的。選擇性氧化體系既可去除原麻中的膠質(zhì)，同時由于其氧化能力比較溫和，能夠抑制纖維素大分子鏈的降解，由此可以提高精干麻纖維的物理機械性能。
本發(fā)明提供的方法克服了現(xiàn)有氧化脫膠技術(shù)的不足，通過選用選擇性氧化體系來控制脫膠反應的進行程度，使脫膠工藝平穩(wěn)持續(xù)地進行，節(jié)約了能源和化學品消耗，減少了纖維損傷，保證了精干麻品質(zhì)，取得了最佳的脫膠效果，具有重要的理論意義和應用價值。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實施例1
一種利用選擇性氧化劑進行苧麻氧化脫膠的方法如下：
將高碘酸鈉1.2公斤，三聚磷酸鈉0.4公斤，尿素0.2公斤，苯甲酸鈉0.2公斤，加98.0公斤水配成脫膠溶液(苧麻原麻和脫膠溶液的質(zhì)量比為1∶10)。將10公斤苧麻原料浸入脫膠溶液中，用0.1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)脫膠溶液的pH值至8.0，用磁力攪拌器以100rpm的速度連續(xù)攪拌苧麻原料和脫膠溶液的混合物。從室溫開始升溫，以5℃/min的速率在30min內(nèi)升至90℃，在此溫度下保溫60min，利用選擇性氧化體系的氧化性充分去掉苧麻原麻中的膠質(zhì)。將酸度計的電極固定好插入到反應器的中間位置，不能觸及反應器底，隨著反應的進行，分別取不同的時間點，記錄脫膠液的pH值，并實時調(diào)控反應體系的pH值在4.0～6.0區(qū)域內(nèi)波動變化。將脫膠后的精干麻從反應體系中移出，用清水反復洗滌，用質(zhì)量濃度為1.5％的油劑給油2h后軋干，放入100℃的烘箱中干燥4h，用絹紡開松機開松并梳理。利用20g/L的NaOH溶液煮沸測定苧麻纖維的殘膠率為2.1％，用銅乙二胺黏度法測試纖維的聚合度為1965，用束纖維強力儀測試纖維強度為6.8cN/dtex，用拉伸強力儀測試纖維的斷裂伸長率為3.25％。
對比沒有使用選擇性氧化體系的氧化脫膠工藝：雙氧水1.2公斤，三聚磷酸鈉0.4公斤，尿素0.2公斤，苯甲酸鈉0.2公斤，加98.0公斤水配成脫膠溶液(苧麻原麻和脫膠溶液的質(zhì)量比為1∶10)。將10公斤苧麻原料浸入脫膠溶液中，用0.1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)脫膠溶液的pH值至8.0，用磁力攪拌器以100rpm的速度連續(xù)攪拌苧麻原料和脫膠溶液的混合物。從室溫開始升溫，以2℃/min的速率在30min內(nèi)升至90℃，在此溫度下保溫60min，利用雙氧水的氧化性充分去掉苧麻原麻中的膠質(zhì)。將脫膠后的精干麻從反應體系中移出，用清水反復洗滌，用質(zhì)量濃度為1.5％的油劑給油2h后軋干，放入100℃的烘箱中干燥4h，用絹紡開松機開松并梳理。利用20g/L的NaOH溶液煮沸測定苧麻纖維的殘膠率為2.9％，用銅乙二胺黏度法測試纖維的聚合度為1638，用束纖維強力儀測試纖維強度為5.1cN/dtex，用拉伸強力儀測試纖維的斷裂伸長率為2.65％。
由此可見，相比傳統(tǒng)氧化脫膠工藝，采用本發(fā)明提供的方法大大提高氧化脫膠苧麻精干麻物理機械性能，制得的苧麻纖維殘膠率低，聚合度高，強度大，斷裂伸長率大。
實施例2
一種利用選擇性氧化劑進行苧麻氧化脫膠的方法如下：
將四甲基哌啶氧化物-次氯酸鈉-溴化鈉三元復合氧化體系0.9公斤，十二烷基硫酸銨0.6公斤，銅乙二胺0.4公斤，聚丙烯酰胺0.4公斤，加197.7公斤水配成脫膠溶液(苧麻原麻和脫膠溶液的質(zhì)量比為1∶20)。將10公斤苧麻原料浸入脫膠溶液中，用0.1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)脫膠溶液的pH值至12.0，用磁力攪拌器以300rpm的速度連續(xù)攪拌苧麻原料和脫膠溶液的混合物。從室溫開始升溫，以1℃/min的速率在30min內(nèi)升至50℃，在此溫度下保溫120min，利用選擇性氧化體系的氧化性充分去掉苧麻原麻中的膠質(zhì)。將酸度計的電極固定好插入到反應器的中間位置，不能觸及反應器底，隨著反應的進行，分別取不同的時間點，記錄脫膠液的pH值，并實時調(diào)控反應體系的pH值在6.0～8.0區(qū)域內(nèi)波動變化。將脫膠后的精干麻從反應體系中移出，用清水反復洗滌，用質(zhì)量濃度為1.5％的油劑給油2h后軋干，放入100℃的烘箱中干燥4h，用絹紡開松機開松并梳理。利用20g/L的NaOH溶液煮沸測定苧麻纖維的殘膠率為2.0％，用銅乙二胺黏度法測試纖維的聚合度為1930，用束纖維強力儀測試纖維強度為6.9cN/dtex，用拉伸強力儀測試纖維的斷裂伸長率為3.31％。
實施例3
一種利用選擇性氧化劑進行苧麻氧化脫膠的方法如下：
將硝酸-磷酸-亞硝酸鈉氧化體系0.3公斤，聚山梨酯0.05公斤，硫脲0.1公斤，檸檬酸鈉0.05公斤，加45.5公斤水配成脫膠溶液(苧麻原麻和脫膠溶液的質(zhì)量比為1∶5)。將10公斤苧麻原料浸入脫膠溶液中，用0.1mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)脫膠溶液的pH值至2.0，用磁力攪拌器以200rpm的速度連續(xù)攪拌苧麻原料和脫膠溶液的混合物。從室溫開始升溫，以2℃/min的速率在60min內(nèi)升至100℃，在此溫度下保溫40min，利用選擇性氧化體系的氧化性充分去掉苧麻原麻中的膠質(zhì)。將酸度計的電極固定好插入到反應器的中間位置，不能觸及反應器底，隨著反應的進行，分別取不同的時間點，記錄脫膠液的pH值，并實時調(diào)控反應體系的pH值在8.0～10.0區(qū)域內(nèi)波動變化。將脫膠后的精干麻從反應體系中移出，用清水反復洗滌，用質(zhì)量濃度為1.5％的油劑給油2h后軋干，放入100℃的烘箱中干燥4h，用絹紡開松機開松并梳理。利用20g/L的NaOH溶液煮沸測定苧麻纖維的殘膠率為2.2％，用銅乙二胺黏度法測試纖維的聚合度為1899，用束纖維強力儀測試纖維強度為6.6cN/dtex，用拉伸強力儀測試纖維的斷裂伸長率為3.20％。
實施例4
一種利用選擇性氧化劑進行苧麻氧化脫膠的方法如下：
將高碘酸鉀1.2公斤，偏磷酸鈉0.4公斤，二甲基亞砜0.2公斤，硅酸鎂0.2公斤，加98.0公斤水配成脫膠溶液(苧麻原麻和脫膠溶液的質(zhì)量比為1∶10)。將10公斤苧麻原料浸入脫膠溶液中，用0.1mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)脫膠溶液的pH值至4.0，用磁力攪拌器以200rpm的速度連續(xù)攪拌苧麻原料和脫膠溶液的混合物。從室溫開始升溫，以3℃/min的速率在60min內(nèi)升至100℃，在此溫度下保溫40min，利用選擇性氧化體系的氧化性充分去掉苧麻原麻中的膠質(zhì)。將酸度計的電極固定好插入到反應器的中間位置，不能觸及反應器底，隨著反應的進行，分別取不同的時間點，記錄脫膠液的pH值，并實時調(diào)控反應體系的pH值在10.0～12.0區(qū)域內(nèi)波動變化。將脫膠后的精干麻從反應體系中移出，用清水反復洗滌，用質(zhì)量濃度為1.5％的油劑給油2h后軋干，放入100℃的烘箱中干燥4h，用絹紡開松機開松并梳理。利用20g/L的NaOH溶液煮沸測定苧麻纖維的殘膠率為2.0％，用銅乙二胺黏度法測試纖維的聚合度為1902，用束纖維強力儀測試纖維強度為6.6cN/dtex，用拉伸強力儀測試纖維的斷裂伸長率為3.18％。